通信原理实验-BPSK传输.doc

北京交通大学毕业设计（论文）开题报告 学生： 学号： 指导教师： 日期： 上课时间：星期 一 第 三 大节 通信原理实验 电子信息工程学院 通信原理实验 第 页 1 实验九实验九 BPSKBPSK 传输系统传输系统 一、一、 实验前的准备实验前的准备 （1）预习帧成形及其传输电路的构成；预习自定义帧结构的帧同步 系统电路的构成。 （2）熟悉实验指导书附录 B 和附录 C 中实验箱面板分布及测试孔位 置，定义本实验相关模块的跳线状态。 （3）实验前重点掌握的内容： 了解软件无线电的基本概念； 熟悉软件无线电 BPSK 调制和解调原理； 明确波形成形的原理； 明确载波提取原理； 明确位定时提取原理。 二、二、 实验目的实验目的 加深对 PCM30/32 系统帧结构、帧同步系统及其工作过程、系统话路、 信令、帧同步和告警复用和分用过程的理解； 三、三、 实验仪器实验仪器 （1）ZH5001A 通信原理综合实验系统一台 （2）20MHz 双踪示波器一台 四、四、 基本原理基本原理 理论上二进制相移键控（BPSK）可以用幅度恒定，而其载波相位随着输入信号 m（1、0 码）而改变，通常这两个相位相差 180。如果每比特能量为 Eb，则传输 的 BPSK 信号为： )2cos( 2 )( cc b b f T E tS 其中 1180 00 0 0 m m c 一个数据码流直接调制后的信号如下图所示： 通信原理实验 第 页 2 在“通信原理综合实验系统”中，BPSK 的调制工作过程如下：首先输入数据 进行 Nyquist 滤波，滤波后的结果分别送入 I、Q 两路支路。因为 I、Q 两路信号一 样，本振频率是一样的，相位相差 180 度, 所以经调制合路之后仍为 BPSK 方式。 采用直接数据（非归零码）调制与成形信号调制的信号如下图所示： 归零码 载波 直接调制 成形调制 Tb 通信原理实验 第 页 3 外部数据 全 1 码 全 0 码 01 码 特殊码序列 m 序列 成形 滤波 D/A D/A 低通滤波 低通滤波 数 据 选 择 器 控制 TPi02 TPi01 TPi04 TPi03 发时钟 D 触 发器 TPM01 差分 编码 FPGA 图 3.2-6 BPSK 实验方框图 TPM02TPM03 BPSK 调制原理框图如上 通信原理实验 第 页 4 低通 滤波 A/D 判 决 TPJ05 TPN02TPN04 低通 滤波 TPJ06 中放 XX VCXO 90 度 A/D 匹配 滤波 匹配 滤波 样 点 抽 取 2/1 样 点 抽 取 2/1 位定时 PLL鉴相 TPN03 TPMZ07 图 3.2.18 BPSK 解调方框图 再 生 TPM04 TPN01 BPSK 解调原理框图如上 通信原理实验 第 页 5 五、五、 实验内容实验内容 （一）BPSK 调制 1.BPSK 调制基带信号眼图观测 当通过选择菜单激活“匹配滤波”方式时，表示系统按匹配滤波最佳接收机组 成，即发射机端和接收机端采用同样的开根号升余弦响应滤波器。当未激活“匹配 滤波”方式时，系统为非匹配最佳接收机，整个滤波器滚降特性全部放在发射机端 完成，但信道成型滤波器特性不变。 （1）通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式（未打勾） ，此时基带信号频谱 成形滤波器全部放在发送端。以发送时钟（TPM01）作同步，观测发送信 号眼图（TPi03）的波形。成型滤波器使用升余弦响应，=0.4。判断信号 观察的效果。 2.I 路和 Q 路调制信号的相平面（矢量图）信号观察 测量 I 支路（TPi03）和 Q 支路信号（TPi04）李沙育（x-y）波形时，应将示 波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察 TPi03 和 TPi04 的合成矢量图，通过 菜单选择在不同的输入码型下进行测量。 输入为 m 序列，特数码序列，0/1 码时李沙育图如下 通信原理实验 第 页 6 输入为全 0 码或全 1 码时李沙育图如下 由图可知 BPSK 两路信号相同 3.BPSK 调制信号 0/ 相位测量 选择输入调制数据为 01 码。用示波器的一路观察调制输出波形（TPK03） ， 并选用该信号作为示波器的同步信号；示波器的一路连接到调制参考载波上 （TPK06/或 TPK07） ，以此信号作为观测的参考信号。仔细调整示波器同步，观察 和验证调制载波在数据变化点发生相位 0/ 翻转。 通信原理实验 第 页 7 4.BPSK 调制信号包络观察 BPSK 调制为非恒包络调制，调制载波信号包络具有明显的过零点。通过本测 量让学生熟悉 BPSK 调制信号的包落特征。测量前将模拟锁相环模块内的跳线开关 KP02 设置在 TEST 位置（右端） 。 （1）选择 0/1 码调制输入数据，观测调制载波输出测试点 TPK03 的信号波 形。调整示波器同步，注意观测调制载波的包落变化与基带信号（TPi03） 的相互关系。画下测量波形。 从此图也可以看出调制信号就是已调信号的包络波形 （2）用特殊码序列重复上一步实验，并从载波的包络上判断特列码序列。 通信原理实验 第 页 8 画下测量波形。 由于包络的过零点只有在 0 变 1 或 1 变 0 时才会有，所以可能的序列为： 1101010。也可能为：0010101 （二）BPSK 解调 1.接收端解调器眼图信号观测 （1）首先用中频电缆连结 KO02 和 JL02，建立中频自环（自发自收） 。测量 解调器 I 支路眼图信号测试点 TPJ05（在 A/D 模块内）波形，观测时用发 时钟 TPM01 作同步。将接收端与发射端眼图信号 TPi03 进行比较，观测接 收眼图信号有何变化。 显然出现噪声 （2）观测正交 Q 支路眼图信号测 通信原理实验 第 页 9 试点 TPJ06（在 A/D 模块内）波形，比较与 TPJ05 测试波形有什么不同？ 根据电路原理图，分析解释其原因。 2.解调器失锁时的眼图信号观测 将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关 KL01 设置在 2_3 位置（开环） ， 使环路失锁。观测失锁时的解调器眼图信号 TPJ05，熟悉 BPSK 调制器失锁时的眼 图信号（未张开） 。观测失锁时正交支路解调器眼图信号 TPJ06 波形。 3.接收端 I 路和 Q 路解调信号的相平面（矢量图）波形观察 测量 I 支路（TPJ05）和 Q 支路信号（TPJ06）李沙育（x-y）波形时，应将示 波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察 TPJ05 和 TPJ06 的合成矢量图。在解 调器锁定时，其相位矢量图应为 0、 两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型 下进行测量，并说明其差异 通信原理实验 第 页 10 波形都如上图所示，因噪声原来的线段平移成了矩阵 4.解调器失锁时 I 路和 Q 路解调信号的相平面（矢量图）波形观察 将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关 KL01 设置在 2_3 位置（右端） ， 使环路失锁。观测接收端失锁时 I 路和 Q 路的合成矢量图。掌握解调器时 I 路和 Q 路解调信号的相平面（矢量图）波形的变化，分析测量结果。 失锁后幅值不确定故形成圆形 5.解调器抽样判决点信号观察 选择输入测试数据为 m 序列，用示波器观察测试模块内抽样判决点（TPN04） 的工作波形（示波器时基设定在 25ms） 。 此时虽然有噪音但仍可以分辨出 0 码 1 码 通信原理实验 第 页 11 6.解调器失锁时抽样判决点信号观察 将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关 KL01 设置在 2_3 位置，使环 路失锁。用示波器观察测试模块内抽样判决点 TPN04 信号波形，观测时示波器时 基设定在 25ms。熟悉解调器失锁时的抽样判决点信号波形。 失锁后无法判断 0 码 1 码 7.差分编码信号观测 通信原理实验箱仅对“外部数据输入”方式输入数据提供差分编码功能。外部 数据可以来自误码仪产生或汉明编码模块产生的 m 序列输出数据。当使用汉 明编码模块产生的 m 序列输出数据时，将汉明编码模块中的信号工作跳线器 开关 SWC01 中的 H_EN 和 ADPCM 开关去除，将输入信号跳线开关 KC01 设置在 m 序列输出口 DT_M 上（右端） ；将汉明译码模块中汉明译码使能开关 KW03 设置 在 OFF 状态（右端） ，输入信号和时钟开关 KW01、KW02 设置在来自信道 CH 位 置（左端） 。通过菜单选择发送数据为“外部数据输入”方式。将汉明编码模块中 的信号工作跳线器开关 SWC01 中 M_SEL2 跳线器插入，产生 7 位周期 m 序列。用 示波器同时观察 DSP+FPGA 模块内发送数据信号 TPM02 和差分编码输出数据 TPM03，分析两信号间的编码关系。记录测量结果。 通信原理实验 第 页 12 发送信号为 11001011，对应拆分编码应为 0101110，符合差分编码的规则 = 1 8.解调数据观察 （1）在上述设置跳线开关基础上，用示波器同时观察 DSP+FPGA 模块内接 收数据信号 TPM04 和发送数据信号 TPM02，比较两数据信号进行是否相 同一致。测量发送与接收数据信号的传输延时，记录测量结果。 发送信号与接收信号一致但有一个码元周期的时延 （2）在“外部数据输入”方式下，重复按选择菜单的确认按键，让解调器 重新锁定（存在相位模糊度，会使解调数据反向） ，观测解调器差分译码电 路是否正确译码。 发送接收波形发生变化，但仍满足译码关系。说明 BPSK 可以解决相位模糊。 9.解调器相干载波观测 首先建立中频自环，通过菜单选择输入测试数据为“特殊码序列”或“m 序列” 通信原理实验 第 页 13 。 （1）用双踪示波器同时测量发端调制载波（TPK07）和收端恢复相干载波 （TPLZ07） ，并以 TPK07 作为示波器的同步信号。在环路正常锁定时，观 测收发载波信号的相关关系。 （2）将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关 KL01 设置在 2_3 位置 （开环） ，使环路失锁。重复上述测量步骤，观测在解调器失锁时收发载波 信号的相关关系。 失锁后无法提取相干载波 （3）将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关 KL01 设置在 1_2 位置 （闭环） ，让解调器锁定（如无法锁定，可按选择菜单上的确认键，让解调 器重新同步锁定） 。断开中频连接电缆，观测在无输入信号情况下，解调器 载波是否与发端同步。记录测量结果。 通信原理实验 第 页 14 断开电缆同样无法提取相干载波 10. 解调器相干载波相位模糊度观测 首先建立中频自环，通过菜单选择输入测试数据为“特殊码序列”或“m 序列” 。 用双踪示波器同时测量发端调制载波（TPK07）和收端恢复相干载波 （TPLZ07） ，并以 TPK07 作为示波器的同步信号。反复的断开和接回中频自环电 缆，观测两载波失步后再同步时之间的相位关系。 通过反复插拔中频电缆，可以看出发端载波和提取的载波存在两种关系，同相 和反相，这是由于相位模糊引起的。 11. 解调器相干载波相位模糊度对解调数据的影响观测 首先建立中频自环，通过菜单选择发送数据为“特殊码序列”方式。 用双踪示波器同时比较接收数据信号眼图（TPJ05）和发送数据信号眼图 （TPi03） ，并以 TPi03 作为示波器的同步信号。不断的断开和接回中频自环电缆， 通信原理实验 第 页 15 观测收发眼图信号。 （在“特殊码序列”方式下，重复按选择菜单的确认按键，让 解调器重新锁定。 ） 分析接收时眼图信号的电平极性发生反转的原因。 产生相位模糊所以极性发生反转 12. 解调器位定时恢复信号调整锁定过程观察 TPMZ07 为 DSP 调整之后的最佳抽样时刻，它与 TPM01（发端时钟）具有明 确的相位关系。 （1）通过菜单选择输入测试数据为 m 序列，用示波器同时观察 TPM01（观 察时以它作同步） 、TPMZ07（收端最佳判决时刻）之间的相位关系。 （2）不断按确认键（此时仅对 DSP 位定时环路初始化） ，观察 TPMZ07 的 调整过程。 通信原理实验 第 页 16 （3）断开 S002 接收中频接头，在没有接收信号的情况下重复该步实验，并 解释原因。 相位随机，因为无法提取定时分量 六、六、 实验结论分析实验结论分析 1、BPSK 解调时因为噪声的存在会使沿途眼皮变厚 2、相位模糊会造成接受波形极性相反。 3、差分编码可解决载波相位模糊问题 七、七、 思考题思考题 1、该实验用到通信系统原理实验箱中哪些模块？各模块的功能是什么？ 答：测试模块：测抽样点信号 D/A 模块：调制电路数模转换 调制模块：用于 BPSK 的调试 解调模块：用于 BPSK 的解调 汉编汉